Текущие возможности технологии прототипирования многослойных печатных плат на 3D-принтере

Исследовано новое направление в 3D-печати – прототипирование односторонних, двухсторонних и многослойных печатных плат. Определены текущие возможности и ограничения технологии 3D-печати печатных плат. Проведен сравнительный анализ характеристик двух представленных в отрасли для прототипирования радиоэлектроники настольных 3D-принтеров, а также первой профессиональной машины DragonFly LDM 2020, являющейся минифабрикой по прототипированию многослойных печатных плат. Представлен первый практический опыт работы и печати на DragonFly LDM 2020, поставленном в мегалабораторию «3D-прототипирование и контроль многослойных печатных плат» Института радиотехнических и телекоммуникационных систем МИРЭА – Российского технологического университета. Получены первые образцы напечатанных на 3D-принтере электронных плат методом струйной печати. Рассмотрена аддитивная технология процесса изготовления многослойных печатных плат, представляющая собой печать двумя печатающими головками токопроводящими и диэлектрическими наночернилами с двумя системами отверждения: инфракрасная система спекания для токопроводящих чернил и УФ-система отверждения диэлектрических чернил. Приведен метод производства LDM (DragonFly Lights-out Digital Manufacturing – технология круглосуточного аддитивного производства) с необходимым техническим обслуживанием. Этот метод позволяет системе работать круглосуточно с минимальным участием человека, существенно увеличив производительность 3D-печати и расширяя возможности изготовления прототипов. Исследованы применяемые для 3D-печати многослойных печатных плат материалы и их характеристики: диэлектрические акрилатные наночернила (Dielectric Ink 1092 – Dielectric UV Curable Acrylates Ink) и проводящие чернила с наночастицами серебра (AgCite™ 90072 Silver Nanoparticle Conductive Ink). Проведенное исследование позволяет сравнить технологические нормы печатной электроники с традиционными методами изготовления многослойных печатных плат по ряду параметров.

1. Хесин С. 3D-принтер DragonFly – революционное решение для изготовления многослойных печатных плат. Электроника: наука, технология, бизнес. 2018;179(8):134−136. https://doi.org/10.22184/1992-4178.2018.179.8.134.136

2. Фрицлер К.Б., Принц В.Я. Методы трехмерной печати микрои наноструктур. Успехи физических наук. 2019;189(1):55−71. https://doi.org/10.3367/UFNr.2017.11.038239

3. Смирнова О., Боброва Ю., Моисеев К. Анализ методов 3D-печати для изготовления печатных плат: общие положения. Часть 1. Технологии в электронной промышленности. 2020;124(8):20−25.

4. Cook B., Tehrani B., Cooper J., Kim S., Tentzeris M., et al. Integrated printing for 2D/3D flexible organic electronic devices. In book: Handbook of Flexible Organic Electronics. Cambridge: Woodhead Publishing; 2015. P. 199−216. https://doi.org/10.1016/B978-1-78242-035-4.00008-7

5. Хесин С. 3D-принтер DragonFly – революция в изготовлении многослойных печатных плат. Вектор высоких технологий. 2018;4(39):38−41.

6. Butt J. Exploring the interrelationship between additive manufacturing and industry 4.0. Designs. 2020;4(2):13. https://doi.org/10.3390/designs4020013

7. DragonFly LDM. Inks user guide NanoDimension. Ness Ziona: Nano Dimension technologies document. 2020. 52 p. URL: https://www.nano-di.com/ame-dragonfly-ldm-2-0

8. Fried S. 3D printing technologies for electronics. Journal of the Imaging Society of Japan. 2017;56(6):617−620. https://doi.org/10.11370/isj.56.617

9. Костин М.С., Воруничев Д.С., Корж Д.А. Контрреинжиниринг радиоэлектронных средств. Российский технологический журнал. 2019;7(1):57−79 https://doi.org/10.32362/2500-316X-2019-7-1-57-79

10. Vorunichev D.S., Kostin M.S., Zamuruev S.N. Classification of methods of reverse engineering in the configuration management of original high-tech radio electronic products. In: 2018 IEEE International Conference “Quality Management, Transport and Information Security, Information Technologies” (IT&QM&IS), 24−28 Sept. 2018. https://doi.org/10.1109/ITMQIS.2018.8524910

11. Иванов В.С., Гладкий Д.А., Воруничев Д.С. LPKFLDS-технология производства трехмерных схем на пластиках. Российский технологический журнал. 2021;9(1):48−57. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2021-9-1-48-57

12. Ежов В., Елисеев Н., Ковалевский Ю., Мейлицев В. Productronica и Semicon Europa 2019: автоматизация и скорость. Часть 2. Электроника: наука, технология, бизнес. 2020;193(2):32−59. https://doi.org/10.22184/1992-4178.2020.193.2.32.58

13. Лангау Л., Очур О. Прототипирование печатных плат с помощью аддитивных технологий. Технологии в электронной промышленности. 2020;124(8):26−27.

14. Дрор А. 3D-печать: высокое качество и малые объемы производства. Технологии в электронной промышленности. 2020;124(8):28−29.

15. Dong Y., Bao C., Kim W.S. Sustainable additive manufacturing of printed circuit boards. Joule (Cell Press). 2018;(2):579−582. http://dx.doi.org/10.1016/j.joule.2018.03.015